Bluetooth kis hatótávolságú, a gyakorlatban is elterjedt ad-hoc hálózat cél: irodai, szobai eszközök közti összeköttetés vezeték nélkül (PC, nyomtató, telefon, szórakoztatóelektronika, stb) történet: 1994 Ericsson, fejlesztés kezdete 1998 nyílt technológia, más cégek bevonásával: Bluetooth érdekcsoport 1999 első specifikáció több mint kétezer tag cég elnevezés: Kékfogú Harald viking király (940-981), egyesítette Norvégiát és Dániát spec. követelmények: kis méretű (mobilba, headsetbe, egérbe, stb.), kis fogyasztású, fillérekért gyártható eszközökkel valódi ad-hoc hálózat világméretű elterjedtség: engedély mentes spektrum

Bluetooth konkurens technológia: infravörös szintén nagyon olcsó, de kisebb hatótávolságú csak egymást látó készülékek között csak pont-pont kapcsolat két eszköz között

Tipikus alkalmazások

Alkalmazások három (vagy több) az egyben telefon : éppen legjobbhoz csatlakozik: otthoni (irodai) vezetékes, irodai: mobilok közvetlenül vagy DECT, kint: nyilvános mobil háló internet elérés laptoppal: bluetooth az interfész a pillanatnyi internetelérés felé (pl. mobiltelefon, modem, LAN, stb.) interaktív konferencia: adatok megosztása, vetítés, stb. cordless desktop: nem kell drót automatikus szinkronizáció laptop, PC, mobil és PDA között

Bluetooth protokoll szerkezet

Bluetooth protokoll szerkezet transport: speciális Bt protokollok, minden kommunikációban részt vesznek middleware: spec. Bt és adoptált protokollok. ezek teszik lehetővé a spec. és hagyományos alkalmazások kommunikációját Bt hálózaton radió: fizikai réteg, modulált baseband: kb. fölső fizikai és MAC és : a Bt kommunikáció, hálózat szervezés, kapcsolatok felépítése HCI Host controller interface: nem protokoll, hanem if., kapcsolódási pont a baseband protokollhoz link manager: LMP protokollal kommunikálnak, kapcsolatok menedzselése, titkosítási, hitelesítési információk L2CAP: Logical Link Control & Adaptation Protocol, Bt specialitások eltakarása, if. a felső rétegek felé

Bluetooth protokoll szerkezet SDP Service Discovery Protocol, az egyes eszközök ezzel derítik ki az igénybe vehető szolgáltatásokat RFCOMM: RS232 soros port protokoll emulációja, olyan alkalmazások számára, amik RS232 vezetéken kommunikálnának TCS Telephony Control Signaling, egyéb: számos protokoll, RFCOMM fölött megvalósítva, Bt-n való átvitelhez (pl. PPP)

Fontosabb paraméterek 2,4 GHz-es ISM sáv Frekvenciaugratásos szórt spektrumú (FHSS) 1600 hop/s: 625 s os időszeletek GFSK moduláció, 1Mszimbólum/s kb. 1 Mbps bitidő=1 s 79 (23) db. 1MHz-es vivő , f=(2402+k) MHz , k=0,1,..78 Operating frequency bands: 1 2 78 2.402 GHz 2.480 GHz

Fontosabb paraméterek Kb. 10m-es hatósugár Teljesítmény osztályok class1: max 20dBm (100mW) – kb. 100 m hatósugár class1: max 4dBm (2,5mW) class1: max 0dBm (1mW)

Frekvenciaugratás

Frekvenciaugratás

Baseband: Feladatok Alapvető eljárásokat definiál a Bluetooth eszközök egymás közötti kommunikációjának megvalósításához. Definiálja a Bluetooth linket. Definiálja a Piconet fogalmát és létrehozásának módját. Definiálja a rádiós erőforrások megosztását piconeten belül. Definiálja a csomagformátumokat

Bluetooth óra és cím Mindkét paraméter alapvető a sikeres kommunikációhoz. Óra 28 bites, szabadon futó, 625/2=312,5s-onként üt egyet, azaz hop-onként kettőt 23,3 óránként ismétlődik Bluetooth Device Address (BD_ADDR) IEEE 48 bites típusú cím, eszközönként egyedi, nem változtatható meg

Piconet piconet: Bt készülékek kommunikáló csoportja Ad hoc működés: a piconet automatikus mechanizmussal jön létre 1 mester (Master) és max. 7 szolga (Slave) egy piconet, szolga: aktív kommunikáló eszköz mester-ség, szolga-ság: időben változhat, adott piconetre vonatkozik A piconet tagjait az Active Member Address (AM_ADDR) azonosítja (3 bites) nem kommunikáló, de a mesternél regisztrált eszközből (parkoló) több is lehet egy piconetben sem regisztrált eszköz: standby egy eszköz több piconet tagja is lehet, egyikben slave, másikban master is lehet

Piconet ilyen esetben a piconetek együtt egy scatternet piconet: egy adott álvéletlen freki ugratási sorozat, a piconet tagjai ismerik és szinkronizáltak a master órához (illetve a saját órájuk masterétől való eltérését ismerik) ugratási sorozat és akt. frekvencia a master címétől és órájától függ, egy eszköz csak egy piconetben lehet master (mellette több másikban slave) réselt: egy freki egy időrés (625 us) TDD: master (~DL) ad, slave ad (~UL) felváltva slave-slave kommunikáció nincs egy piconeten belül a leadott csomag belefér egy időrésbe köv. csomag az ugratási sorozastnak megfelelő frekvencián

Bluetooth hozzáférési pont Bluetooth piconetek Helyi hálózat (LAN) Bluetooth hozzáférési pont

Frekvenciaugratás

Kapcsolat felvétel kommunikációhoz: master cím és óra ismerete szükséges a masternek is tudnia kell a szolgák azonosítóit két működési fázis szolgál erre: inquiry (kb. kérdezés) a közeli eszközök megtalálására és paging a mobilok meghívására egy adott piconethez

Inquiry és paging Inquiry: potenciális eszközök felderítése Paging: felderített eszközök behívása a piconetbe

Inquiry Fázisok: Inquiry (potenciális mester), Inquiry Scan (pot. szolga), Response (pot. szolga) speciális ugratási sorozatok 32 (16) hop-pal, min 256 szor ismétli, mielőtt váltja a sorozatot (General Inquiry Access Code (GIAC) és óra állapota alapján választva A felderítő minden fél résben (312,5 s-onként) frekvenciát vált, ahol egy speciális Inquiry csomagot küld el (inquiry ID). A figyelő állomás 1,28s (2,56s) intervallumonként vált frekvenciát. Inq csomag vétele után (0,1023) időrésnyi egyenletes valségű véletlen várás (ütközés elkerülésére), utána a 2. master ID után 625 s-mal (lásd ábra) válasz, ugyanazon a frekvencián; hogy a mester át tudjon váltani figyelésre Válaszban Frequency Hopping Selection (óra, BD_ADDR, stb.)

Inquiry és Inquiry Scan

Inquiry Response

Paging Fázisok: Page (mester), Page Scan (szolga), Master Response (mester), Slave Respose(szolga) Előre definiált speciális ugratási sorozatok 32 (16) hop-pal A felderítő minden fél résben (312,5 s-onként) frekvenciát vált, ahol egy speciális Paging csomagot küld el (slave ID ). Hasonlít az Inquiry-ra, de mivel a mester ismeri a szolga parametereit, ezért hamarabb össze tudnak szinkronizálni. A figyelő állomás 1,28s (2,56s) intervallumonként vált frekvenciát.

Paging Válasz az ID után 625 s-mal (lásd ábra) Válaszban nyugtázás történik a slave ID csomag segítségével. Ezzel a szolga félrés szinkronba kerül Erre a mester egy FHS-sel válaszol, hogy megadja a piconet paramétereit a szolgának. Ezzel a szolga teljes rés szinkronba kerül. Ezt a szolga egy újabb slave ID csomaggal nyugtázza. Ezt követően indulhat a kommunikáció.

Paging

Link típusok SCO (Synchronous Connection Oriented) szimmetrikus, vonalkapcsolt, pont-pont kapcsolatok számára max 3 db egy piconetben fix időközönként foglalnak le réspárokat (up/down), így garantált időközönként adáshoz a szolgák Háromféle egyréses beszedcsomagok, 64 kbps-os hangátvitelhez, NO, 2/3, 1/3 FEC lehetséges ugyanakkor beszédre nincs csomagismétlés

Link típusok ACL (Asynchronous ConnectionLess) szimmetrikus, vagy aszimmetrikus csomagkapcsolt, pont-multipont börsztös adatkapcsolatok számára best effort link, 1/eszköz a mester implicit (a kérés maga a downlink csomag) pollingal kérdezi le a szolgákat 1-3-5 réses csomagok lehetségesek NO, 2/3, FEC lehetséges adatra gyors ARQ: a vett downlink csomagot ellenőrzi a szolga és a kapcsolódó uplink csomagban jelzi ha hibát talált.

Üzemmódok, állapotok Standby Unconnected Inquiry Page Connecting Transmit Data Connected Active Park Hold Sniff Low Power

SCO és ACL összeköttetések

Baseband csomag és fejléc formátum

Baseband csomag (BB_PDU ) és fejléc formátum Access Code: minden BB_PDU elején BD_ADDR-ből származik piconet azonosítása szinkronizálás DC offset beállítás Payload változó hosszúságú: 0-2745 bit

AM_ADDR (3 bit): aktív tag címe (b’000’=broadcast a mestertől a szolgáknak, ilyenkor nincs nyugta és újraadás!) TYPE(4 bit): BB_PDU/payload típusa (16 féle) FLOW (1 bit): a folyam vevője állíthatja (stop/go) az adónak küldött válaszában. ARQN (1 bit): sikeres BB_PDU átvitel nyugtázása, a nyugtazatlan ACL csomagot újra kjell adni SEQN (1bit): duplikál csomagok kiszűrését támogató sorszám (páros/páratlan) HEC (8 bit): Generátor polinommal generált fejléc elenőrző összeg

Baseband csomag típusok

Baseband csomag típusok ID packet Only consists of the access code; used for signaling NULL packet Only has an access code and a packet header POLL packet Used by the master to force slaves to return a response FHS packet Used to exchange real-time clock and identity information between units DV (Data+Voice)packet: mind ACL, mind SCO adat megy benne aperiodikusan küldött SCO csomag helyén. Arra jó, hogy lehessen sűrgős ACL adatot továbbítani.

Baseband csomagok mezői

ACL csomag felépítése

Baseband csomagok mezői L_CH Logikai csatorna azonosító: b‘11’ az ACL payloadot a link menedzserhez kell továbbítani, mert konfigurálási infót hordoz b‘10’ L2CAP PDU eleje b‘01’ L2CAP PDU folytatása b‘00’ not defined LENGTH ACL payload hossza bájtban RESERVED azért szükséges, hogy a fejléc egész számú bájtból álljon.

Link Manager Protocol Két link menedzsment entitás között teremt kapcsolatot, segítségével állíthatók be a Bluetooth linkek. Tranzakció alapú Feladatok: partner képességeinek kiderítése Teljesítmény kímélő üzemmódok Biztonság QoS

LMP csomagformátum

LMP csomagformátum Az LMP csomagokat 1 réses ACL csomagokban továbbítják (hiszen az SCO link felépítéséhez is LMP csomagok kellenek, mert connection oriented), L_CH=b‘11’ logikai csatornán, vagy opcionálisan VD- csomagban. tr_ID: a tranzakció kezdeményezőjének azonosítója (=b’1’ ha mester és =b’0’ ha szolga). OpCode: az LMP_PDU azonosítója és típusa az LMP_PDU magas prioritású, akár az SCO csomaggal szemben is preemtív.

LMP PDU tranzakciók

Üzemmódok, állapotok Standby Unconnected Inquiry Page Connecting Transmit Data Connected Active Park Hold Sniff Low Power

Teljesítmény kímélés

A jövő hálózatai hálózati szint: műholdas lefedettség közcélú hálózati lefedettség LAN lefedettség beltéri lefedettség HAN, PAN, BAN hálózatok

A jövő hálózatai szép nagy ábra egy hálózatról különböző hozzáférési hálózatok a hozzáférési hálózatok közti átjárást biztosítja: az IP IP makro és mikromobilitás IP QoS: Intserv, Diffserv Gerinchálózati technikák: többféle, Gigabit, 10 Gigabit Ethernet terjedése

A jövő hálózatai új elemek a hozzáférési hálózatban új rádiós interfész: multicarrier megoldások: OFDM, MC-CDMA smart antennas, antenna arrays, MIMO lehetőleg egyféle eszközzel elérni a különféle hálózatokat: szoftver rádió

A jövő hálózatai szoftver rádió: a következők szoftveresen konfigurálhatók frekvenciasáv, csatorna sávszélesség alapsávi jellemzők: csatornakódolás, interleaving, csatorna kiegyenlítés, stb. moduláció (egy és többvivős) rádiós erőforrás vezérlő és mobilitás menedzsment protokollok felhasználói alkalmazások